CC BY
88
Алгазин Д.Н., Воробьёв Д.А., Забудский А.И., Фалькович Л.Л., Данникер А.А. Теоретические исследования катушечного винтового высевающего аппарата // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. -2017. -№1 (8) январь - март. - URL http://e-journal.omgau.ru/index.php/2017/1/35-statya-2017-1/757-00284. - ISSN 2413-4066
УДК 631.33:633.85.494
Алгазин Дмитрий Николаевич
Кандидат технических наук ФГБОУВО Омский ГАУ, г. Омск [email protected]
Воробьёв Дмитрий Анатольевич
Старший преподаватель ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск [email protected]
Забудский Андрей Иванович
Старший преподаватель ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск [email protected]
Фалькович Леонид Леонидович
Студент
ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск fakovich 9la,mail.ru
Данникер Артур Андреевич
Студент
ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск üa. [email protected]
Теоретические исследования катушечного винтового высевающего аппарата
Аннотация. Производство высокобелковых мелкосеменных культур (рапс, донник, люцерна и др.) связана с трудностями их посева. Все существующие высевающие аппараты не в полной мере отвечают требованиям к посеву, поэтому был предложен новый вид высевающего аппарата, который может высевать мелкосеменные культуры в чистом виде.
Проведённые теоретические исследования позволили получить рациональные конструктивные и технологические параметры высевающего аппарата.
Применение сеялки СЗП-3,6, оборудованной экспериментальными катушечными винтовыми высевающими аппаратами, в сравнении с серийной сеялкой обеспечит повышение равномерности распределения семян вдоль рядка, что в итоге позволит получить прибавку урожайности мелкосеменных культур.
Ключевые слова: высевающий аппарат, мелкосеменные культуры, травмирование, равномерность высева, семенной материал.
Введение
Для ведения успешного животноводства необходимо создание надежной и сбалансированной кормовой базы. Это не возможно без применения высокобелковых мелкосеменных культур (рапс, донник, люцерна и др.), именно они являются основным источником дешевого растительного белка.
В технологической системе получения высоких урожаев зелёного корма и высококачественных семян одной из самых ответственных операций является посев. Вероятной причиной недобора урожая является использование посевных агрегатов с высевающими аппаратами не предназначенными для посева мелкосеменных культур. Применение данных технических средств приводит к снижению биологической продуктивности посевов и повышению расхода семян из-за повышенной неравномерности распределения и травмирования. По агротехническим требованиям отклонение общего высева семян от заданной нормы не должно превышать ± 3%. Средняя неравномерность высева отдельными аппаратами допускается до 3 %. Повреждение семян высевающими аппаратами не должно превышать 1 %.[1]
К числу основных узлов и механизмов сеялок, оказывающих существенное влияние на качество выполняемого технологического процесса высева, относятся высевающие аппараты с дозирующими и распределительными устройствами, а также рабочие органы, подготавливающие семенное ложе и заделывающие семена в почву - сошники, загортачи, прикатывающие устройства [2].
От качества работы высевающих аппаратов в значительной мере зависит выполнение одного из основных агротехнических требований, предъявляемых к севу, - равномерное распределение семян по площади питания и стабильная заделка их на заданную глубину, что создаёт оптимальные условия для прорастания семян и дальнейшего развития растений. Качество распределения и заделки семян зависит от равномерности их подачи высевающим аппаратом, характера их движения в семяпроводе и сошнике, и во многом определяется конструкцией рабочих органов, их параметрами и рабочими режимами.
Анализ конструкторских решений
Проведем анализ существующих решений по универсальности использования, выполнение требований качества технологического процесса высева и травмирование семенного материала. На рисунке 1 представлены основные типы высевающих аппаратов, применяемых в современных сеялках.
а е
I ^^
Рисунок 1 - Схемы высевающих аппаратов: а - желобчатый катушечный; б - шнековый; в - штифтовый; г - катушечный с желобками, расположенными по винтовой линии;
д - катушечный винтовой
Желобчатый катушечный высевающий аппарат (Рисунок 1 а), универсальный, легко регулируется на норму высева, как частотой вращения (передаточным отношением), так и изменением рабочей части катушки, но его отрицательное качество - это дискретный (пульсирующий) высев, а так же повышенной травмирование семян, особенно мелкосеменных культур (более 5 %).
Шнековый высевающий аппарат (Рисунок 1 б) обладает неоспоримыми качествами -равномерностью дозирования и универсальностью по отношению к высеваемым культурам. На норму высева регулируется частотой вращения или заслонкой на входе (для некоторых типов сеялок). Недостатком данного высевающего аппарата является травмирование посевного материала и сложность изготовления.
Штифтовый высевающий аппарат (Рисунок 1 в) является универсальным, способным высевать широкий диапазон культур, с низким травмированием семян, но как и катушечный обладает недостатком - пульсирующим высевом. На норму высева регулируется частотой вращения.
Катушечный высевающий аппарат с желобками, расположенными по винтовой линии (Рисунок 1 г) обладает достоинствами желобчатого высевающего аппарата, но при высеве проявляются незначительные пульсации высева. Из-за смещения семенного материала винтовой линии к муфте может наблюдаться травмирование семенного материала в зоне соприкосновения рабочей части катушки и муфты.
Анализ применяемых в настоящее время конструкций высевающих аппаратов для посева мелкосеменных культур показывает, что основными их недостатками являются неравномерность подачи высеваемых семян и высокое их травмирование [3], что позволяет сде-
лать вывод об актуальности и целесообразности разработки нового высевающего аппарата для посева мелкосеменных культур.
Результаты исследований
Катушечный винтовой высевающий аппарат является синтезом желобчатого катушечного и шнекового высевающих аппаратов. Вобрал в себе положительные черты обоих, при этом устранились их недостатки.
В СибНИИСХ разработан катушечный винтовой высевающий аппарат [4] (рисунок 2), представляющий собой усовершенствованный серийно выпускающийся катушечный высевающий аппарат. Корпус высевающего аппарата прикрепляется снизу к семенному ящику сеялки, на дне которого выполнено окно, совпадающее с горловиной коробки. Семена, находящиеся в ящике сеялки, самотёком поступают через эти отверстия в коробки аппаратов и заполняют пространство вокруг катушек. В катушечном винтовом высевающем аппарате для предотвращения просыпания семенного материала через витки и поддержания уровня семенной массы у катушки предусмотрена планка, которая крепится к корпусу болтовым соединением. Катушка, на рабочей поверхности которой по правой винтовой линии расположен желобок параболической формы,
3
Рисунок 2 - Общий вид катушечного винтового высевающего аппарата:
1 - катушка, 2 - клапан, 3 - корпус, 4 - муфта, 5 - накладка, 6 - планка,
7 - розетка
вращаясь в коробке, подаёт семена в воронку семяпроводов. Форма желобка в виде параболы предотвращает заклинивание семян в межвитковом пространстве. В зоне выхода посевного материала на рабочей части катушки выполнена проточка. Проточка препятствует травмированию семян. Конструкция катушки позволяет перемещать её так, чтобы она соприкасалась с семенным материалом по всей длине или только её части [5]. Когда катушку выдвигают из коробки, выходное окно аппарата закрывает муфта. Катушка вращается вместе с розеткой, смонтированной в круговом пазу стенки коробки с крышкой. Розетка имеет форму кольца, так же она является опорой катушки и препятствует высыпанию семян. В нижней части коробки находиться клапан, который располагают на различных расстояниях от катушки. Для высева мелкосеменных культур устанавливают зазор не более 2 мм. Клапан имеет прямой край, в отличие от стандартного со скошенным краем.
Данный высевающий аппарат имеет основные параметры [6], представленные на рисунке 3.
5
Рисунок 3 - Катушечный винтовой высевающий аппарат: 1 - желобок; 2 - проточка; S - шаг винтовой линии, мм; Н - глубина желобка, мм На основе теории высевающего аппарата было получено выражение определяющее количество высеваемых семян за один оборот катушки в зависимости от технологических и конструктивных параметров катушечного винтового высевающего аппарата[5]:
N =
^/7 7 а 47 Г 2
(Ь - h • tg —) h + — ч 2 2
п
\
(-ш - sin ш )
180
21К 4
sin 2 Р
+ п
Dк • Спр • 1К
• У
- кпП ,
_ (1) где h - глубина желобка, м; Ь- длина большего основания, м; а - угол наклона грани, град; г - радиус сегмента, м; у - центральный угол, град; - коэффициент заполнения желобка; Dк - диаметр катушки высевающего аппарата, м; Спр - приведенная толщина активного слоя, м; 1к - рабочая длина катушки высевающего аппарата, м; у - объемный вес семян, кг/м3; 5 - вес 1000 семян, кг; кп - скоростной коэффициент, показывает на сколько изменяется число высеваемых семян от частоты вращения, шт^с; п - частота вращения катушки, с-1. Используя выражение 1, построили поверхности отклика, рисунок 4.
0,14
10,5
0,13 0,12 0,11 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06
ТТГЛ|
400
600
Ш
а
1000
■
/ж
1200
с/э
1.8 2.2 2,6 3.0 3.4 3.8 4,2 Н, мм
10.5 10,0
9,5 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5
\ \ V V \ л 1 \ I 1
400 II/ 6001 / ШШ Ш/М у /////> УУ/.УМ/
Шш ШшА /////.. юоо у///, у/Ж 1200 77//////
В 1.8 2,2 2.6 3,0 3.4 3.8 4.2 Н, ММ
Рисунок 4 - Двумерное сечение поверхности отклика: а - Ы=/(п^), %, при Н = 3 мм; б - Ы=/(п,Н), %, при S = 8 мм; в - Ы=МН), %, при п =
0,10 с-1
Высевающему аппарату при установке на сеялку СЗП-3,6 за один оборот необходимо высеять 833 шт семян рапса при норме высева 3,0 млн. шт/га семян, в соответствии с рисунком 3 следует, что данному условию удовлетворяют параметры: глубина желобка Н = 4 мм, шаг винтовой линии S = 8 мм при частоте вращения катушки п = 0,07 - 0,13 с-1. При данных параметрах обеспечивается высев 800 - 1200 шт семян, что позволяет как увеличивать, так и уменьшать норму высева.
На основе теоретических исследований уравнений была получена математическая модель равномерности распределения семян вдоль рядка в зависимости от конструктивных и технологических параметров катушечного винтового высевающего аппарата.
А . £В.ехр(Вг*) _ С _ кпп^. 100%, (2)
где А - масштабный коэффициент, зависящий от перераспределения семян в семяпроводе, сошнике и взаимодействия семян между собой, мм-1;
* - шаг винтовой линии катушки винтового высевающего аппарата, мм; В - безразмерный коэффициент, зависящий от применяемого материала высевающего аппарата;
В2 - коэффициент, зависящий от физико - механических свойств семян, мм-1; С - коэффициент, зависящий от толщины активного слоя семян в катушке винтового высевающего аппарата, мм;
Н - глубина желобка катушки винтового высевающего аппарата, мм; кп - скоростной коэффициент, зависящий от частоты вращения катушки винтового высевающего аппарата, с;
п - частота вращения катушки винтового высевающего аппарата, с-1.
По данной модели получены зависимости равномерности распределения семян вдоль рядка от технологических и конструктивных параметров катушечного винтового высевающего аппарата, рисунок 5.
Рисунок 5 - Двумерное сечение поверхности отклика: а - Y=f(n,S), % при Н = 3 мм; б - Y=f(n,Н), % при S = 8 мм; в - Y=f(S,H), % при п = 0,10 с-1
Анализ полученных зависимостей позволил сделать вывод, что рациональными параметрами являются: глубина желобка Н = 3 - 4 мм, шаг винтовой линии * = 7,5 - 9,5 мм при частоте вращения катушки п = 0,07 - 0,13 с-1. При данных параметрах обеспечивается равномерность распределения Y > 72 %.
Выводы
1. Установлены рациональные значения параметров: глубина желобка Н = 4 мм, шаг винтовой линии * = 8 мм, частота вращения катушки п = 0,1 с-1. При этом достигается максимальное значение показателей равномерности распределения семян вдоль рядка Y = 77 %. Травмирование посевного материала Т менее 1 %.
2. Применение сеялки СЗП-3,6, оборудованной экспериментальными катушечными винтовыми высевающими аппаратами, в сравнении с серийной сеялкой обеспечило равномерность распределения семян вдоль рядка Y = 65 %, серийным катушечным Y = 53 %, при полевой всхожести 65 и 57 % соответственно. Что дало прибавку урожая зеленой массы рапса в среднем на 9,3 т/га (33%).
Ссылки на источники:
1. ГОСТ 26711-89. Сеялки тракторные общие технические требования. - М.: Изд-во стандартов, 1991.- 11 с.
2. Кузнецов, Б.Ф.Основные направления развития конструкций посевных машин/Б.Ф.Кузнецов// Тракторы и сельскохозяйственные машины.- 1980.- №9. - С.13-14.
3. Алгазин, Д.Н. Совершенствование высева мелкосеменных культур катушечным винтовым высевающим аппаратом [Текст]: автореф. дис....... канд. тех. наук (05.20.01) /
Алгазин Дмитрий Николаевич; ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии. - Новосибирск, 2010. - 20 с
4. Пат. № 85789 Российская Федерация, МПК А 01 С 7/12. Катушечный винтовой высевающий аппарат /авторы: Алгазин Д.Н, Кем А.А.; заявитель и патентообладатель Сиб. науч.-исслед. ин-т сел. хоз-ва. - № 2009101358/22; заявл. 12.01.2009; опубл. 20.08.2009, Бюл. №23.
5. Кем А.А. Равномерный высев мелкосеменных культур/А.А. Кем, Д.Н. Алга-зин//Сельский механизатор. -2009. -№ 10. -С. 12-13.
6. Кем, А. А. Винтовой высевающий аппарат для посева мелкосеменных культур / А. А. Кем, Д. Н. Алгазин // Агро XXI. - 2010. - № 7-9. С. 15-16.
7. Кем, А.А. Обоснование рациональных параметров катушечного винтового высевающего аппарата для посева рапса/ А.А. Кем, Д.Н Алгазин, // Достижения науки и техники АПК. - 2010. - N 6. - С. 67-68
Dmitry Algazin
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor FSBEI HE Omsk SA U, Omsk
Dmitry Vorobiev
Senior Instructor
FSBEI HE Omsk SA U, Omsk
Andrey Zabudsky
Senior Instructor
FSBEI HE Omsk SA U, Omsk
Leonid Falcovich
Student
FSBEI HE Omsk SA U, Omsk
Artur Danniker
Student
FSBEI HE Omsk SA U, Omsk
Theoretical Research of the Screw Sowing Device
Abstract. Production of high-protein small-seeded crops (canola, clover, alfalfa, etc.) is related to their seeding difficulties. All existing sowing devices do not fully meet the requirements for sowing, therefore it proposed a new type of sowing device, which can be sown small-seeded culture in its purest form
The carried out theoretical studies provide the rational design and technological parameters of the sowing machine.
Application seeders SZP-3.6, equipped with screw reel experimental sowing machines, compared with serial drill will improve the uniformity of seed distribution along the row, with the result that the yield increase will provide small-seeded crops
Keywords: sowing device, small-seeded culture, damage, seeding uniformity, seeds.
